পলিমার পদার্থের ক্ষেত্রে, অ{0}}আয়নিক জলের-দ্রবণীয় পলিমারগুলি, তাদের অনন্য ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, ওষুধ, খাদ্য, এবং দৈনন্দিন রাসায়নিক সহ অসংখ্য শিল্পে একটি উল্লেখযোগ্য অবস্থান ধরে রাখে। Polyvinylpyrrolidone (PVP), একটি প্রধান উদাহরণ, তিনটি বিস্তৃত শ্রেণীতে বিকশিত হয়েছে: হোমপলিমার, কপলিমার, এবং ক্রস-লিঙ্কযুক্ত পলিমার। যাইহোক, রৈখিক PVP এর জলের দ্রবণীয়তা কিছু অ্যাপ্লিকেশনে পুনর্ব্যবহার করা কঠিন করে তোলে এবং অবশিষ্টাংশগুলি সহজেই পণ্যের স্বাদকে প্রভাবিত করতে পারে। আমরা PVPP এর উপর গভীর গবেষণা- করেছি, পদ্ধতিগতভাবে দুটি প্রস্তুতির পথের মাধ্যমে পণ্যের কার্যক্ষমতার উপর প্রক্রিয়া প্যারামিটারের প্রভাব অন্বেষণ করেছি: সাসপেনশন পলিমারাইজেশন এবং কর্নফ্লাওয়ার পলিমারাইজেশন। এই গবেষণা PVPP এর শিল্প প্রয়োগের জন্য মূল তাত্ত্বিক সহায়তা এবং প্রযুক্তিগত রেফারেন্স প্রদান করে।
1. PVPP প্রস্তুতির পদ্ধতি এবং প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশান
1.1 সাসপেনশন পলিমারাইজেশন
দানাদার এবং গুঁড়ো পলিমার প্রস্তুত করার জন্য সাসপেনশন পলিমারাইজেশন একটি সাধারণ পদ্ধতি। এর মূল নীতির মধ্যে রয়েছে এন-ভিনাইলপাইরোলিডোন (এনভিপি) মনোমারগুলিকে স্থগিত করা, একটি ইনিশিয়েটরে দ্রবীভূত করা, একটি জলীয় মাধ্যমে একটি বিচ্ছুরণের সুরক্ষায় ফোঁটা হিসাবে। একটি ক্রসলিংকার তারপর একটি ত্রিমাত্রিক নেটওয়ার্ক গঠন করে। এই পরীক্ষায় ডিভিনাইলবেনজিন (DVB) বা N,N'{5}}মিথাইলেনবিসাক্রাইলামাইড (NMBA), ক্রসলিংকার হিসাবে, অ্যাজোবিসিসোবিউটিরোনিট্রিল (AIBN), সূচনাকারী হিসাবে, পলিভিনাইলপাইরোলিডোন K30 (PVP K30) বিচ্ছুরণকারী হিসাবে, এবং জলীয় দ্রবণ এবং জলীয় দ্রবণ হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে। দ্রাবক
একক-ফ্যাক্টর পরীক্ষায় দেখা গেছে যে প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি PVPP ফলন, ফোলা বৈশিষ্ট্য এবং শোষণ কর্মক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে। তাপমাত্রার ক্ষেত্রে, 70 ডিগ্রী হল সর্বোত্তম প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা, যেখানে ইনিশিয়েটর পচন হার এবং মনোমার পলিমারাইজেশন হার একটি ভারসাম্যে পৌঁছায়, যার ফলে 96.42% ফলন হয়। তাপমাত্রা খুব কম (যেমন, 40 ডিগ্রী) অপর্যাপ্ত ইনিশিয়েটর কার্যকলাপের ফলে ফলন 88% এর নিচে নেমে আসে। খুব বেশি তাপমাত্রা (যেমন, 90 ডিগ্রী) দ্রুত সূচনাকারীর পচন এবং অকাল মুক্ত র্যাডিকাল সমাপ্তির দিকে পরিচালিত করে, যার ফলন মাত্র 77.89%। ইনিশিয়েটর ডোজ সম্পর্কে, যখন AIBN NVP ভরের 1% এর জন্য দায়ী, তখন পণ্যটি সর্বোত্তম সামগ্রিক কর্মক্ষমতা অর্জন করে, যার ফলন 94.65% এবং একটি স্যালিসিলিক অ্যাসিড শোষণ ক্ষমতা 135 mg/g। একটি ডোজ খুব কম (0.4%) অপর্যাপ্ত ফ্রি র্যাডিকেলের কারণে অসম্পূর্ণ পলিমারাইজেশনের ফলে, যখন একটি অত্যধিক ডোজ (2.0%) চেইন সমাপ্তির সম্ভাবনা বাড়িয়ে দেয় এবং এর ফলে, শোষণ কর্মক্ষমতা হ্রাস করে।
ক্রসলিংকারের পরিমাণ সরাসরি পণ্যের গঠন এবং বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে। যখন DVB ডোজ 0.5% থেকে 10% বৃদ্ধি পায়, তখন জেলের পরিমাণ 47 mL/g থেকে 6.4 mL/g-এ নেমে আসে। এটি আণবিক নেটওয়ার্ক স্থান সংকুচিত ক্রসলিংকিং পয়েন্ট বৃদ্ধির কারণে। একই সাথে, ট্যানিন শোষণ ক্ষমতা 80 mg/g থেকে কমে 61 mg/g হয়েছে, যা ক্রসলিংকার ডোজ সামঞ্জস্য করে ফোলাভাব এবং শোষণ ক্ষমতার ভারসাম্য বজায় রাখার প্রয়োজনীয়তা নির্দেশ করে। সর্বোত্তম সাসপেনশন পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়া নির্ধারণ করা হয়েছিল: মনোমারের 200% দ্রাবক ডোজ, ইনিশিয়েটর ডোজ 1%, ডিসপারসেন্ট ডোজ 1%, ক্রসলিংকার ডোজ 2%-8% এবং প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা 70 ডিগ্রি। এই অবস্থার অধীনে, PVPP ফলন 90% ছাড়িয়ে গেছে, এবং ট্যানিন এবং স্যালিসিলিক অ্যাসিডের শোষণ ক্ষমতা যথাক্রমে 80 mg/g এবং 169 mg/g-এ পৌঁছেছে।
Popcorn polymerization is a unique heterogeneous free radical polymerization technique that requires no initiator or dispersant. Instead, bifunctional intermediates are generated in situ using a catalyst or an external crosslinker, resulting in a highly crosslinked product. In this experiment, NMBA was used as the crosslinker and sodium hydroxide as the catalyst (to prevent monomer hydrolysis). A high initial monomer aqueous solution (>85%) প্রতিক্রিয়া আনয়ন সময়কাল সংক্ষিপ্ত করার জন্য নিযুক্ত করা হয়েছিল।
প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশান ফলাফল দেখায় যে PVPP কার্যক্ষমতা 80-100 ডিগ্রি প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রায় সর্বোত্তম ছিল। 80 ডিগ্রিতে, কণার উপস্থিতির সময় ছিল প্রায় 1 ঘন্টা, 100 ডিগ্রিতে 0.17 ঘন্টা কমেছে। যাইহোক, উচ্চ তাপমাত্রা সহজেই মনোমার হাইড্রোলাইসিস হতে পারে। যখন ক্রসলিঙ্কার এনএমবিএ ডোজ NVP-এর 2%-4% ছিল, ফলন 77.9% এ পৌঁছেছে, যথাক্রমে 103 mg/g ট্যানিন এবং 194 mg/g স্যালিসিলিক অ্যাসিডের শোষণ ক্ষমতা সহ। সাসপেনশন পলিমারাইজেশন পদ্ধতির সাথে তুলনা করে, পপকর্ন পলিমারাইজেশন পদ্ধতির পণ্যটির একটি আলগা ছিদ্রযুক্ত কাঠামো, একটি বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্র এবং আরও ভাল শোষণ কার্যক্ষমতা রয়েছে, তবে ফলন কম (70%-80%), প্রধানত কারণ উচ্চ মাত্রার ক্রস-লিঙ্কিং মনোমারগুলির বিস্তারকে বাধা দেয় এবং কিছু সক্রিয় কেন্দ্রে এমম্বেড করা কাঠামো।
2. PVPP পণ্যের বৈশিষ্ট্য এবং কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণ
2.1 কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য
ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (আইআর), ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (ডিএসসি), এবং স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (এসইএম) ব্যবহার করে পিভিপিপি কাঠামো পদ্ধতিগতভাবে চিহ্নিত করা হয়েছিল। IR বিশ্লেষণ 1629 cm⁻¹-এ C=C ডাবল বন্ড শোষণের শীর্ষের অনুপস্থিতি প্রকাশ করেছে, যা NVP-এর সম্পূর্ণ পলিমারাইজেশন নিশ্চিত করে। পাইরোলিডোন রিংয়ের একটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত শিখর 1286 সেমি⁻¹ এ উপস্থিত হয়েছিল, যা PVPP গঠন নিশ্চিত করে। স্যালিসিলিক অ্যাসিড শোষণের পরে, C=O প্রসারিত কম্পন শিখরটি 1677 সেমি⁻¹ থেকে 1660 সেমি⁻¹ এ স্থানান্তরিত হয়, যা হাইড্রোজেন বন্ধন নির্দেশ করে।
DSC বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে লিনিয়ার PVP-এর গ্লাস ট্রানজিশন টেম্পারেচার (Tg) ছিল 175 ডিগ্রি, যেখানে PVPP-এর তাপমাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। সাসপেনশন পলিমারাইজেশনে, যখন DVB ডোজ 2% হয়, তখন PVPP-এর Tg হয় 196 ডিগ্রি। যখন ডোজ 10% বাড়ানো হয়, তখন Tg 200 ডিগ্রি ছাড়িয়ে যায়। পপকর্ন পলিমারাইজেশন পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত PVPP এর প্রায় 190-195 ডিগ্রী Tg থাকে। এই ঘটনাটিকে ক্রসলিংকিং কাঠামোর জন্য দায়ী করা হয় যা আণবিক অংশগুলির চলাচলে বাধা দেয়। ক্রসলিঙ্কার ডোজ বৃদ্ধির সাথে Tg উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়, এটি প্রদর্শন করে যে পণ্যটির রৈখিক PVP এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে ভাল তাপীয় স্থিতিশীলতা রয়েছে।
এসইএম পর্যবেক্ষণগুলি প্রকাশ করেছে যে সাসপেনশন পলিমারাইজেশন দ্বারা প্রস্তুত করা PVPP হল ঘন গোলক (6% DVB ডোজ এ), যখন পপকর্ন পলিমারাইজেশন পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত পণ্যের একটি ঢিলেঢালা, ছিদ্রযুক্ত কাঠামো রয়েছে যা প্রচুর সংখ্যক স্তুপীকৃত প্রাথমিক কণা দ্বারা গঠিত। এই কাঠামোগত পার্থক্য হল পপকর্ন পদ্ধতির উচ্চতর শোষণ কর্মক্ষমতার মূল কারণ-বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা আরও শারীরিক শোষণের সাইটগুলি প্রদান করে।
PVPP এর মূল কার্যকারিতা এর ফোলা এবং শোষণ বৈশিষ্ট্যের মধ্যে রয়েছে। সাসপেনশন পলিমারাইজেশন পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত পণ্যের জেলের পরিমাণ 5-50 mL/g পর্যন্ত, যখন পপকর্ন পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত হয় 5-8 mL/g। আগেরটির উচ্চতর ফোলা ক্ষমতা রয়েছে এবং উচ্চ ফোলা বৈশিষ্ট্য (যেমন ফার্মাসিউটিক্যাল ডিসইন্টেগ্রান্ট) প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত। পরেরটি, এর উচ্চ ক্রসলিংকিং ঘনত্বের কারণে, কম ফোলা কিন্তু উচ্চ শোষণ ক্ষমতা প্রদর্শন করে, এটিকে শোষণকারী হিসাবে আরও উপযুক্ত করে তোলে।
পপকর্ন পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত PVPP অসামান্য শোষণ কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে, ট্যানিনের জন্য 103 mg/g এবং স্যালিসিলিক অ্যাসিডের জন্য 194 mg/g শোষণ ক্ষমতা অর্জন করে, পলিমারাইজেশন পদ্ধতির সাসপেনশনের তুলনায় 28.75% এবং 14.79% বৃদ্ধির প্রতিনিধিত্ব করে। এই সুবিধাটি বিয়ার স্পষ্টীকরণ এবং বর্জ্য জল চিকিত্সার মতো ক্ষেত্রে প্রয়োগের জন্য প্রচুর সম্ভাবনা রাখে।
বিয়ার স্টোরেজের সময়, পলিফেনল (যেমন ট্যানিন এবং অ্যান্থোসায়ানিন) সহজেই প্রোটিনের সাথে কমপ্লেক্স তৈরি করে, যা অ্যাবায়োটিক টার্বিডিটি সৃষ্টি করে এবং পণ্যের চেহারা এবং গন্ধকে প্রভাবিত করে। PVPP অণুর মধ্যে phthalamide গ্রুপগুলি হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির সাথে পলিফেনল, স্থিতিশীল কমপ্লেক্স গঠন করে যা সহজেই পরিস্রাবণ দ্বারা অপসারণ করা যায়। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে অল্প পরিমাণ পিভিপিপি মাত্র 5 মিনিটে 200 মিলি বিয়ার পরিষ্কার করতে পারে। 50 ডিগ্রী গরম জল দিয়ে ধুয়ে এবং 2% NaOH দ্রবণ দিয়ে রঙিন করার পরে, PVPP পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি খরচ কমায় এবং ঐতিহ্যগত ক্ল্যারিফায়ার (যেমন বেনটোনাইট এবং সক্রিয় কার্বন) এর সমস্যাগুলি এড়ায় যা অমেধ্য ছেড়ে যেতে পারে বা গন্ধ যৌগগুলি শোষণ করতে পারে।
ফার্মাসিউটিক্যাল শিল্পে, পিভিপিপি তার চমৎকার জৈব সামঞ্জস্যতার কারণে একাধিক অ্যাপ্লিকেশন প্রদর্শন করে। ওষুধের বিচ্ছিন্নকরণ হিসাবে, এর জল-ফোলা বৈশিষ্ট্য ট্যাবলেটের মধ্যে চাপ তৈরি করতে পারে, দ্রুত বিচ্ছিন্নতাকে প্রচার করে। একটি টেকসই-মুক্তির ওষুধের বাহক হিসেবে, এর ক্রস-লিঙ্কিং ডিগ্রী সুনির্দিষ্টভাবে ওষুধের মুক্তির হার নিয়ন্ত্রণে নিয়ন্ত্রিত করা যেতে পারে। আয়োডিন দিয়ে গঠিত PVPP-আই কমপ্লেক্স ধীরে ধীরে আয়োডিন নিঃসরণ করে, জ্বালা কমায় এবং ক্ষত জীবাণুমুক্তকরণ এবং সুইমিং পুলের জল বিশুদ্ধকরণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। পিভিপিপি চিকিৎসা প্রযুক্তিতে অগ্রগতি সমর্থন করে হেমোডায়ালাইসিস মেমব্রেন এবং ভিট্রিয়াস হিউমার বিকল্পের মতো জৈব উপাদান তৈরিতেও ব্যবহার করা যেতে পারে।
কৃষিতে, PVPP মাটির জল ধারণ উন্নত করতে একটি মাটি কন্ডিশনার হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। দৈনন্দিন রাসায়নিক শিল্পে, এর ময়শ্চারাইজিং এবং ফিল্ম গঠনের বৈশিষ্ট্যগুলি-প্রসাধনীতে এটিকে একটি উচ্চ-গুণমানের সহায়ক করে তোলে। পদার্থ বিজ্ঞানে, PVPP-ভিত্তিক ছিদ্রযুক্ত উপাদানগুলি দূষণকারী শোষণ এবং অনুঘটক বাহকের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যা ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা প্রদান করে।
এই অধ্যয়নটি পদ্ধতিগতভাবে সাসপেনশন এবং পপকর্ন পলিমারাইজেশন পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত PVPP-এর মূল প্রক্রিয়া এবং কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করেছে। সাসপেনশন পলিমারাইজেশন উচ্চ ফলন এবং অভিন্ন কণার আকার নিয়ে গর্ব করে, যখন পপকর্ন পলিমারাইজেশন তার উচ্চতর শোষণ বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য আলাদা। প্রক্রিয়া পরামিতি অপ্টিমাইজেশান এবং স্ট্রাকচারাল ক্যারেক্টারাইজেশনের মাধ্যমে, ক্রসলিংকার ডোজ এবং প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রার মতো গুরুত্বপূর্ণ কারণগুলি PVPP কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে এমন প্রক্রিয়াগুলি স্পষ্ট করা হয়েছিল, যা এর শিল্প উত্পাদনের জন্য একটি প্রযুক্তিগত ভিত্তি প্রদান করে। বিয়ার ক্ল্যারিফিকেশন এবং ফার্মাসিউটিক্যাল এক্সিপিয়েন্টের মতো ক্ষেত্রগুলিতে PVPP-এর সম্ভাব্য প্রয়োগগুলি শুধুমাত্র রৈখিক PVP-এর সীমাবদ্ধতাগুলিকে অতিক্রম করে না বরং নন-আয়নিক পলিমারগুলির প্রয়োগের সীমানাকেও প্রসারিত করে, যা সংশ্লিষ্ট শিল্পগুলির বিকাশে নতুন প্রেরণা যোগায়।